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2023년 8월 29일 대화상자

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작성자: Mangirdas Malinauskas

다광자 리소그래피(MPL)는 초단 레이저 펄스를 사용하여 마이크로 및 나노 규모에서 복잡한 3차원(3D) 구조를 만드는 기술입니다. 이는 두 개 이상의 광자가 분자에 의해 동시에 흡수되어 비선형 광학 프로세스가 발생할 때 발생하는 다광자 흡수(MPA) 원리를 기반으로 합니다.

포토레지스트나 프리폴리머와 같은 감광성 물질에 레이저 빔을 집중시킴으로써 다광자 흡수는 물질의 특성을 변화시키는 국부적인 화학 반응을 유도합니다. 레이저 빔을 스캔하거나 샘플을 3차원으로 변환함으로써 기하학적 제한 없이 높은 해상도와 정확도로 원하는 모양을 제작할 수 있습니다. 이를 통해 적층 제조 기술로서 레이저 3D 나노프린팅을 실현할 수 있습니다.

MPL은 이미 미세 광학, 나노포토닉 장치, 메타물질, 통합 칩 및 조직 공학과 같은 분야에서 많은 응용 분야를 보유하고 있습니다. 곡면, 중공 구조, 기능적 구배 등 기존 리소그래피 방법으로는 불가능하거나 달성하기 어려운 구조를 만들 수 있습니다. 또한 맞춤형 광학적, 기계적, 생물학적 특성을 지닌 새로운 재료의 제조도 가능합니다.

MPL 설정이 상업적으로 이용 가능함에도 불구하고 광물리적 및 광화학적 메커니즘에 대한 이해는 여전히 논란의 여지가 있습니다. 가장 일반적인 레이저 소스는 800nm ​​파장으로 선택되고 다른 인기 있는 515nm 또는 1,064nm 파장도 적합한 것으로 나타났기 때문입니다.

그러나 단일하고 가장 대중적인 2광자 흡수 이론을 적용하여 다양한 실험 조건과 생성된 결과를 모두 설명할 수는 없습니다. 이 문제는 레이저 소스의 추가 개발과 산업 수요에 맞춰 처리량이 높은 3D 나노프린팅 기계를 구축하는 데 중요합니다.

우리는 파장 조정이 가능한 펨토초 레이저를 사용하여 2광자 중합(2PP) 또는 간단히 레이저 3D 나노프린팅으로도 널리 알려진 MPL을 연구했습니다. 우리는 단지 2광자 광중합보다 더 섬세한 광물리적 메커니즘의 상호 작용을 달성하기 위해 100fs의 고정 펄스 폭으로 500~1,200nm의 스펙트럼 색상을 사용할 수 있음을 발견했습니다.

우리는 감광된 순수 SZ2080 프리폴리머에 대한 효과적인 흡수 순서, 즉 X-광자 흡수와 최적의 노출 조건을 평가했습니다. 우리는 파장 조정 가능성이 DFW(동적 제작 창)에 큰 영향을 미쳐 최적화 시 10배 증가한다는 사실을 발견했습니다.

또한, 우리는 더 긴 파장에서 강한 측면 크기 증가가 시작되면서 X 광자 흡수에 의한 중요하지 않은 에너지 증착을 관찰했으며 이는 ENZ(epsilon-near-zero) 조건에 도달했기 때문이라고 설명했습니다. 복셀 종횡비와 결과적으로 광중합된 부피에 대한 이러한 제어는 3D 나노프린팅 효율성을 높일 수 있습니다.

우리는 또한 1/2/3 광자 흡수, 애벌런치 이온화 및 제어된 광중합으로 이어지는 열 확산과 같은 다양한 에너지 전달 메커니즘을 통해 직접 레이저 쓰기(DLW) 동안 중합된 부피의 변화를 조사했습니다. 우리는 400-1,200nm의 넓은 가시-근적외선 스펙트럼 범위에서 초단 펄스를 사용하는 3D 나노리소그래피가 유효 흡수 차수로 정의된 다광자 여기를 통해 진행된다는 것을 보여주었습니다. 우리의 연구는 Virtual and Physical Prototyping 저널에 게재되었습니다.